[發明專利]一種小磨頭輔助大氣等離子體拋光碳化硅反射鏡方法

在審

• 申請號: 202010420477.0
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111515769A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 宋力;徐學科;頓愛歡;王哲;吳倫哲;彭冰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00;B24B13/00;B24B27/033;B08B3/12
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

本發明涉及碳化硅(SiC)光學反射鏡表面超光滑精密加工技術領域，具體涉及一種小磨頭輔助大氣等離子體拋光SiC反射鏡加工方法。以解決現有大氣等離子體加工時，表面產生氟碳化合殘留物，致使光學反射鏡表面質量嚴重下降問題。首先用大氣等離子體以He為載氣，CF₄氣體為反應氣體，O₂為輔助氣體加工SiC反射鏡，產生殘留物后粗糙度惡化，后用小磨頭拋光技術對SiC反射鏡表面進行拋光，所產生的殘留物小磨頭快速去除，實現SiC光學反射鏡的高效高精度拋光。

技術領域

本發明涉及SiC反射鏡表面超光滑精密加工技術領域，具體涉及一種小磨頭輔助大氣等離子體拋光SiC反射鏡加工方法。以解決現有大氣等離子體加工時，表面產生氟碳化合殘留物，致使光學元件表面質量嚴重下降的問題。

背景技術

隨著高精度空間望遠鏡，衛星遙感技術、大型地基光學系統的迅猛發展，對光學系統的工作波段，成像分辨率，系統質量等提出了越來越嚴格的要求，空間光學系統必然會往大口徑、反射式、輕量化發展,反射鏡材料的選擇和質量對這些性能有著極大的影響，SiC材料由于比剛度大、熱變形系數小、質量輕和較好抗輻射性能，成為最具有應用前景的光學反射鏡材料之一。這些應用對SiC反射鏡面形精度和表面質量的高要求，其加工工藝中的超精密拋光是保證被加工表面實現超光滑、無缺陷、無損傷的關鍵。但是，納米精度SiC表面的加工是一個世界性的難題,碳化硅材料的莫氏硬度高達9.25，其光學加工非常困難，同時傳統的加工SiC反射鏡方法仍然無法避免傳統的機械接觸式加工所固有的缺陷，接觸式機械加工都會不同程度地造成材料的表面破壞，形成微裂紋或引起材料的晶格擾動，從而影響到反射鏡的表面質量，降低其表面破壞閾值。

大氣等離子體拋光是一種非接觸式化學刻蝕加工方法，在大氣壓下，采用施加在電極之間的射頻電壓，使得含氟活性氣體在載入氣體He被激發的等離子體氛圍中激發產生活性粒子，與工件表面的原子發生化學反應生成揮發性產物，由于加工過程中由反應氣CF₄出現激發不完全同因素，被激發的活性氟離子大部分發生反應：SiC+4F*+O→SiF4↑+CO₂↑，仍有少部分氟離子與碳交連為氟碳化合物殘留在工件表面，加上SiC材料組分眾多，加工后雜質沉積，影響元件粗糙度，因此大氣等離子體拋光方法沒有被應用于加工SiC材料的先例，但是針對接觸式加工SiC材料的拋光手段效率低、容易引入劃痕等缺陷。大氣等離子體作為高效的化學刻蝕拋光技術，如果能找到適合的工藝手段，解決粗糙度惡化問題，則該方法在SiC反射鏡的光學加工領域具有巨大的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術缺陷，提供了一種小磨頭輔助大氣等離子體拋光SiC反射鏡的方法，結合大氣等離子體拋光與小磨頭拋光兩種方式，對碳化硅反射鏡進行高效修形，同時能快速去除加工過程中產生的殘留物。

步驟一：將待加工SiC反射鏡放置在大氣等離子體設備加工平臺上，開啟大氣等離子體，以He為載氣，CF₄氣體為反應氣體，O₂為輔助氣體，調節通入等離子體炬的氣體流量，其中He流量范圍：1-5L/min、CF₄流量范圍：0-55mL/min、O₂流量范圍：0-25mL/min、點火功率30-55W，產生等離子體射流，并發生化學反應：SiC+4F*+2O→SiF₄↑+CO₂↑，生成反應物為氣體揮發；利用大氣等離子體射流對SiC反射鏡進行拋光，拋光結束后關閉氣體，工件表面有殘留物；

步驟二：對拋光后的SiC反射鏡進行檢測，得到SiC反射鏡面形PV值和粗糙度Ra值；將SiC反射鏡移動到小磨頭拋光設備工作臺上，用細金剛石粉作為拋光磨料，對沉積層快速去除，觀察到表面沉積物直至全部去除后停止拋光；

步驟三：將小磨頭加工后的SiC反射鏡進行超聲清洗，并采用XPS檢測工件表面化學成分，確保沉積物全部被清除。